菠萝蛋白酶降低烟叶中蛋白质含量的研究

摘要 为降解烟叶中过量的蛋白质，提高烟叶的综合品质和利用率，以蛋白质降解率为指标，研究菠萝蛋白酶降解烟叶蛋白的工艺条件。结果表明，菠萝蛋白酶水解烟叶蛋白质最佳工艺条件为反应温度50 ℃、酶添加量0.010%、反应时间16 h。该条件处理后的烟叶，蛋白质含量均有所降低，烟香改善，余味干净，刺激性减小，但烤烟香气量稍有降低。

关键词 菠萝蛋白酶;雪茄烟叶;蛋白质

中图分类号 TS 44+4  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2025）04-0162-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.04.034

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on Reducing the Content of Protein in Tobacco by Bromelain

CHEN Ke bing，YIN Ru hong，LIU Xin jie et al

（Hainan Hongta Cigarette Co.，Ltd.，Haikou，Hainan 571137）

Abstract In order to degrade the excess protein in tobacco leaves and improve the comprehensive quality and utilization rate of tobacco leaves，the process conditions of bromelain to degrade tobacco leaf protein were studied with the protein degradation rate as the index.The results showed that the optimal process conditions for bromelain hydrolysis of tobacco leaf protein were as follows：reaction temperature 50°C，enzyme application amount 0.010%，and reaction time 16 h.Under these conditions，the protein content of the treated tobacco leaves was reduced，the tobacco aroma was improved，the aftertaste was clean，and the irritation was reduced，but the aroma of flue cured tobacco was slightly reduced.

Abstract Bromelain;Cigar tobacco leaves;Protein

基金项目 中国烟草实业发展中心科技计划项目“利用菠萝蛋白酶提升烟叶品质的应用技术研究”（ZYSYQ 2022 14）。

作者简介 陈科冰（1994—），男，安徽宿州人，硕士，助理工程师，从事卷烟加工技术研究。*通信作者，中级工程师，从事卷烟香精香料技术研究。

收稿日期 2024-04-15；修回日期 2024-06-14

蛋白质是烟叶中的重要化学成分，其含量的高低与烟草品质密切相关。一般认为，蛋白质含量过高会在卷烟燃吸过程中产生刺激性气味及各种有害成分，从而影响烟草制品的感官品质^［1］。因此，如何有效降解烟叶中蛋白质含量、改善其燃吸质量、提高烟叶可用性已成为当前科技工作者普遍关注的问题。目前，行业内主要通过添加外源酶制剂将蛋白质催化水解成小分子蛋白、多肽和氨基酸等，这些物质在卷烟燃吸过程中通过美拉德反应可参与生成各种不同的致香物质，可以有效减少烟草的涩度和苦味，降低刺激性、增加香气，提高卷烟吸食品质^［2］。樊文举^［3］研究了不同外源酶制剂对烤烟烟叶品质的影响，结果表明，酶处理后烟叶中总植物碱、总氮和淀粉含量降低，糖含量增加，香气质量得到提升，香气透发性好，烟叶外观质量也有所改观。杨宗灿等^［4］利用经中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶配比后的复合蛋白酶制剂处理烟叶，可明显降低烟叶蛋白质含量，提升整体感官质量。邓羽翔等^［5］研究发现，打叶复烤过程中添加复合生物酶对烟叶原料具有明显的提质降害作用。普元柱等^［6-9］研究表明，在雪茄烟叶发酵过程中添加酶制剂可以有效提高发酵质量，增加总糖含量和糖氮比，降低蛋白质含量，减少青杂气和刺激性甚至消除苦辣涩味。胡捷等^［10］将中草药提取物及酶制剂与雪茄烟叶共同发酵，有效降解了原料中不利成分，提高了产品品质。郑霖霖等^［11］研究发现，在雪茄茄芯烟叶中添加外源酶制剂可有效改善烟叶化学成分协调性及感官品质。

菠萝蛋白酶是一种纯天然植物蛋白酶，是由至少5种不同分子量和分子结构的水解蛋白酶构成的酶，其水解蛋白的活性较木瓜蛋白酶高10倍以上，具有催化底物多样性、反应过程温和、催化效率快等特点，在食品、医药以及畜牧生产等方面有着广泛应用^［12-16］。目前，行业内利用单一菠萝蛋白酶改善烤烟及雪茄烟叶品质的研究较少。鉴于此，笔者以雪茄和烤烟烟叶为试验对象，通过单因素试验和正交试验，研究菠萝蛋白酶处理对烟叶中蛋白质含量的影响，并对所得结果进行极差分析，通过感官验证，确定菠萝蛋白酶降解烟叶中蛋白质的最佳条件，为探索菠萝蛋白酶在降低烟叶蛋白质含量的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂 菠萝蛋白酶，天地人公司；烤烟烟丝（上部烟模块），海南红塔卷烟有限责任公司；雪茄烟叶，海口雪茄研究所。

1.2 仪器与设备

电子天平，上海梅特勒-托利多仪器有限公司；恒温恒湿箱，德国Binder公司；烘箱，无锡玛瑞特科技有限公司；粉丝机，上海鼎广机械设备有限公司。

1.3 方法

1.3.1 菠萝蛋白酶的添加。

准确称取烟丝20 g，配制不同浓度的菠萝蛋白酶酶解液，利用喉头喷雾器将酶解液均匀喷洒在烟丝上，将添加蛋白酶的烟丝装入密封袋并放置于恒温恒湿箱中，根据试验需要调节恒温恒湿箱的温度和反应时间，反应结束后将试验烟丝放置于90  ℃的烘箱中，高温处理0.5 h 使酶灭活终止反应。对照试验用蒸馏水均匀喷洒烟丝，调整烟丝水分含量为25%，同试验样品一起放置于恒温恒湿箱和烘箱中进行相同处理。

1.3.2 烟丝蛋白质含量的测定。

烟丝蛋白质含量依据烟草行业标准YC/T 249—2008测定。

1.3.3 烟丝蛋白质降解率（X）的计算。按以下公式进行：

X=（X 1-X 2）/X 1×100%

式中：X 1为烟丝酶解前蛋白质含量（%）；X 2为烟丝酶解后蛋白质含量（%）。

1.3.4 酶解反应单因素试验。

1.3.4.1 反应温度对烟丝蛋白质降解的影响。准确称取6份供试烟丝，按照0.010%添加菠萝蛋白酶，将6份试验烟丝的酶解反应温度分别设定为30、35、40、45、50、55 ℃，反应12 h，分别测定烟丝蛋白质降解率。

1.3.4.2 菠萝蛋白酶添加量对烟丝蛋白质降解的影响。准确称取6份试验烟丝，设定菠萝蛋白酶的添加量分别为0.005%、0.010%、0.020%、0.030%，反应温度设定45  ℃，反应12 h，分别测定烟丝蛋白质降解率。

1.3.4.3 反应时间对烟丝蛋白质降解的影响。准确称取5份试验烟丝，设定蛋白酶的添加量为0.010%，在温度45 ℃时分别反应8、12、16、20、24 h，分别测定烟丝蛋白质降解率。

1.3.5 正交试验。

根据单因素试验结果，选取酶添加量（A）、反应温度（B）、反应时间（C）3个因素，以蛋白质的降解率为指标，进行L 9（34）正交试验。

1.4 统计分析 试验数据采用Microsoft Excel 2010和DPS 7.05进行整理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 反应温度对烟丝蛋白质降解效果的影响。

由图1所示，在30～55  ℃的温度范围内，烟丝蛋白质的降解率随着反应温度的升高表现出先上升而后下降的趋势。菠萝蛋白酶作为一种生物酶，在适宜的温度下，其酶活性最强，催化效能最强，温度过高会致使酶分子结构发生改变，酶的催化作用降低甚至丧失。因此，将菠萝蛋白酶处理烟丝降低蛋白质的反应温度定为45  ℃。

2.1.2 酶添加量对烟丝蛋白质降解效果的影响。

由图2所示，蛋白酶的添加量按照0.005%、0.010%、0.020%、0.030%加入，其对应的烟丝蛋白质降解率分别为7.93%、11.27%、11.36%和11.24%，说明随着酶添加量的增加，不能够持续提升烟丝蛋白质的降解效果。综合考虑，蛋白酶较适宜的添加量为0.010%。

2.1.3 反应时间对烟丝蛋白质降解效果的影响。

由图3可见，随着反应时间的延长，烟丝蛋白质含量降低速度加快，蛋白质降解率从5.95%提升至12.21%，继续延长反应时间，烟丝中蛋白质含量变化缓慢，降解效率未能有效提升。由于蛋白酶处理烟丝的过程中，烟丝的颜色不断加深，反应时间越长，烟丝的颜色变化越明显。综合考虑，将反应时间确定为16 h。

2.2 正交试验结果 根据烟丝蛋白质降解的单因素试验结果，选取反应温度（45、50、55 ℃）、酶添加量（0.005%、0.010%、0.020%）、反应时间（12、16、20 h）3个变量，进行L 9（34）正交试验，对菠萝蛋白酶降解烟丝蛋白质的试验条件进行优化，试验因素水平、方案及方差分析结果见表1～3。

由正交试验的结果分析可知，反应温度（A）、酶添加量（B）、反应时间（C）3个因素的极差值分别是5.477、1.150、1.043，说明对烟丝蛋白质降解率影响因素主次顺序为反应温度（A）>酶添加量（B）>反应时间（C）。方差分析结果显示，反应温度对菠萝蛋白酶降解烟丝蛋白质的过程有显著性影响，蛋白酶添加量和反应时间对该过程无显著性影响。综合考虑，最优酶解反应条件确定为A 2B 2C 2，即反应温度50  ℃、酶添加量0.010%、反应时间16 h。

2.3 正交试验结果验证

按照正交试验结果确定的最优酶解条件进行试验验证，结果见表4，在反应温度50  ℃、酶添加量0.010%、反应时间16 h的条件下，雪茄烟丝的蛋白质降解率为12.68%，烤烟烟丝的蛋白质降解率为10.33%，雪茄烟丝的蛋白质降解率均优于正交试验的9组试验结果。

2.4 感官评价

将菠萝蛋白酶处理前后的雪茄烟丝和烤烟烟丝分别制作成烟支样品，在温度（22±1）℃、相对湿度（60±2）%恒温恒湿箱中平衡48 h，组织评委进行评吸。结果表明：雪茄烟丝经菠萝蛋白酶处理后刺激性降低，香气质有所改善，余味变得干净舒适；烤烟烟丝经菠萝蛋白酶处理后颜色加深，香气质有改善，刺激性降低，余味干净，但香气量略有降低。